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| Book/Report | FZJ-2017-02862 |
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1965
Kernforschungsanlage Jülich, Verlag
Jülich
Please use a persistent id in citations: http://hdl.handle.net/2128/14181
Report No.: Juel-0234-NP
Abstract: Die Kleinwinkelstreuung langwelliger Neutronen zum Studium räumlich ausgedehnter Fehlordnungsbereiche in Festkörpern wurde erst in wenigen Fällen angewendet [l, 2, 3, 4]. In der vorliegenden Arbeit sollen insbesondere die Grundlagen der experimentellen Methoden und die Gesichtspunkte bei der Dimensionierung der Neutronen-Kleinwinkelstreuanordnungen besprochen werden, da sie in vieler Hinsicht von denen bei der Röntgenstreuung abweichen. Ferner soll über eine Reihe diesbezüglicher Messungen berichtet werden, die am Forschungsreaktor München (FRM) durchgeführt wurden. Die Verwendung von Neutronen anstelle vonRöntgenstrahlen hat Vor- und Nachteile. Ein wesentlicher Vorteil der Neutronen ist, daß man ihre Wellenlänge $\lambda$ infolge der relativ schwachen Absorptiongrößer als die Braggsche Grenzwellenlänge $\lambda_{B}$ wählen kann; Kleinwinkelstreuung durch Doppel-Braggreftexion [5, 6] bleibt somit ausgeschlossen. $\lambda_{B}$ liegt für die meisten Substanzen im Bereich von 4-8 $\mathring{A}$. Bei Röntgenstrahlen überdecken die Doppel-Bragg-Reftexionen die gesuchte Kleinwinkelstreuung von Versetzungen [7, 8]. Erst mit langwelligen Neutronen war es möglich, letztere nachzuweisen [l] und das Streugesetz zu messen [3] (s. Abschnitt 4). Auch bei Messungen an abgeschreckten oder bestrahlten Proben ist es bei Verwendung von Röntgenstrahlen oft nur durch besondere Technik möglich, die durch Doppel-Braggreftexion verursachte Kleinwinkelstreuung auszuschließen [18]. Zwar könnte man daran denken, langwellige Röntgenstrahlen zu verwenden. Eine dementsprechende Technik wurde z.B. von YUDOWITCH mit K$_{\alpha}$-Strahlung von Aluminium ($\lambda = 8,3 \mathring{A}$) verwendet [9]. Das Verfahren ist aber wegen des hierbei sehr hohen Massenabsorptionskoeffizienten nur in günstigen Fällen brauchbar. Die Anwendung von Neutronen anstelle vonRöntgenstrahlen ist auch von Vorteil bei Kleinwinkelstreuexperimenten an Mischkristallstrukturen, wenn die Streuamplituden der Mischungspartner für Röntgenstrahlen nur wenig, die für Neutronen aber erheblich verschieden sind, z. B. für Ausscheidungen im Al-Mg-System. Die magnetische Streuung von Neutronen gibt die Möglichkeit, magnetische Inhomogenitäten in Ferro- oder Ferrimagneten zu untersuchen. Besonders sind die jüngsten experimentellen Ergebnisse über kritische Streuung von Ferromagneten nahe am Curie-Punkt [10, 11] zu nennen, während zur Untersuchung von Domänenstrukturen bisher nur wenig Beiträge geliefert wurden [12, 13]. Von KRONMUELLER, SEEGER und WILKENS [14] wurde eine detaillierte Berechnung für die magnetische Streuung an Versetzungsstrukturengegeben. Diese wird hervorgerufen durch die Desorientierung der magnetischen Momente in der Nähe von Spannungsfeldern. Wie in Abschnitt 3.2 noch näherdiskutiert wird, liefert diese magnetische Kleinwinkelstreuung zwar keine wesentlich neuen Erkenntnisse über die Versetzungsstruktur, indessen ergibt sie untergünstigen Bedingungen etwa 50mal höhere Intensitäten als die Dichteschwankungsstreuung, was die experimentellen Untersuchungen erheblich erleichtert. Erste Messungen, die die erwartete Abhängigkeit vom Magnetfeld bestätigen, liegen an Nickel vor [15]. Auch die Untersuchung der kritischen Streuung von Gasen mit Neutronen dürfte von Vorteil sein, weil man kleinere Werte der Wellenvektoränderung $2\pi \vartheta/\lambda$ ($\vartheta$ = Streuwinkel) erreicht, als dies mit Röntgenstrahlen möglich ist. Die im folgenden zu untersuchende Größe ist der in ein Raumwinkelelement d$\Omega$ gestreute Neutronendurchsatz dZ. Für kleine Streuwinkel $\vartheta$ gilt: $\frac{dZ}{d\Omega}=Z_{0}e^{-\sum_{t}\cdot D}\cdot D \cdot \frac{d\sum}{d\Omega}(\vec{x})$ (1.1) wobei D die Dicke der Probe ist und $Z_{0}$ den Neutronendurchsatz im Primärstrahl bedeutet. $\frac{d\sum}{d\Omega} (\vec{x})$ ist der differentielle makroskopische Wirkungsquerschnitt für Kleinwinkelstreuung. Er wird in Abschnitt 3 für spezielle Fälle näher behandelt. $\vec{x}$ ist der Wellenzahldifferenzvektor, wobei für elastische Streuung$x=\vert \vec{x} \vert = \frac{4\pi sin (\vartheta / 2)}{\lambda} \approx 2 \pi \vartheta / \lambda$ (1.2) gilt. Für den totalen makroskopischen Wirkungsquerschnittgilt$^{1}$: $\sum_{t} =\sum_{BRAGG}+\sum_{a}+\sum_{ine}+\sum_{inel}$ (1.3) Für $\lambda>\lambda_{B}$ ist $\sum_{Bragg}=0$ $\sum_{a}$ ist der Wirkungsquerschnitt für Neutronenabsorption und $\sum_{ine}$ derjenige für spin- oder isotopen-inkohärente Streuung. Letztere verschwindet für monoisotopische Substanzen. Die inelastische Streuung $\sum_{inel}$ kann vernachlässigbar klein gemacht werden, wenn die Probe auf genügend [...]
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